内存管理（30天自制操作系统--读书笔记）

　　今天继续读书笔记，“挑战内存管理”(30天自制操作系统)。

为什么对这块内容敢兴趣呢，因为曾经遇到这么一个问题。在STM32程序中想使用队列，可不是上篇讲的FIFO，而是使用了较大的内存空间，又想做队列的顺序存取管理。

在这个队列里用到了malloc，动态申请内存，一开始是直接申请不到内存，后来在启动脚本里更改了设置堆的地址值，可以申请成功，但发现申请几次后，也申请不到内存。

果然MCU级别的程序，内存这块处理起来就没有windows程序那么随心所欲了。讲了这么多，开始正题吧。

1、相关数据结构体

#define MEMMAN_FREES 4000 //最大可以有4000个独立的可用内存块

struct FREEINFO
{
        unsigned int addr,size;
};
//这是内存管理的核心数据结构体，可用内存用其开始地址和内存大小表示。
//申请内存就是在可用内存中找到大小合适的内存，返回起始地址给申请者，
//同时可用内存就少了一块（这是申请内存大小恰好等于可用内存大小的情况，其他情况看后面代码）

struct MEMMAN    //内存管理数据结构
{
       int frees,maxfrees,lostsizes,losts;
       struct FREEINFO[MEMMAN_FREES];
}
//frees表示当前独立可用内存块个数
//maxfrees用于观察，frees的最大值
//losts表示申请内存失败的次数
//lostsizes表示申请内存失败导致内存丢失的大小

2、内存管理的初始化，也就是相关数据结构的初始化

void memman_init(struct MEMMAN *man)
{
       man->frees = 0;       //还没有一块可用内存
       man->maxfrees = 0;
       man->losts = 0;       //释放失败的次数为0
       man->lostsize = 0;  //释放失败的总内存大小也为0
}

3、获取当前所有可用内存的总大小

unsigned int memman_total(struct MEMMAN *man)
{
       unsigned int i,t=0;
       for(i=0;i<man->frees;i++)
      {
              t+= man->free[i].size;    //只考虑所有可用内存占得总内存大小，不考虑内存连续（肯定有不连续的）。
      }

      return t;
}

4、内存管理关键代码1-申请内存

unsigned int memman_alloc(struct MEMMAN* man,unsigned int size)    //返回值也就是申请到的内存的起始地址
{
        unsigned int i,a;
        for(i=0;i<man->frees;i++)
       {
              if(man->free[i].size > size)  //遍历所有可用内存块信息
             {
                    a = man->free[i].addr;  //第i块可用内存满足要求
                    man->free[i].addr += size;
                    man->free[i].size -= size;  //更改第i块内用内存的信息
                    if（man->free[i].size == 0）//恰好申请内存就与第i块可用内存大小一致
                    {
                             man->frees--;      //可用内存少了一块
                             for(;i<man->frees;i++)
                             {
                                     man->free[i] = man->free[i+1];   //后面的可用内存信息前推
                             }
                    }
                    return a;    //申请成功，返回指定地址
             }
       }  

       return  0;        //没找到，即申请内存不成功
}

5、内存管理关键代码2-释放内存

int memman_free(struct MEMMAN *man,unsigned int addr,unsigned int size)
{
    int i,j;

    /*为了管理方便，可用内存块是按照addr顺序排列的，先找到应该放
    在可用内存块的哪里*/
    for(i=0;i<man->frees;i++)
    {
        if(man->free[i].addr > addr)
        {
            break;
        }
    }

    //实际就有多种情况了，下面一一分析
    /*  free[i-1].addr < addr < free[i].addr */
    if(i>0)
    {
        if(man->free[i-1].addr +man->free[i-1].size == addr)
        {
            //释放的内存与前面的可用内存块合在一起了
            man->free[i-1].size += size;
            if(i<man->frees)      //要考虑释放的内存与free[i]能不能合在一块
            {
                if(addr+size == man->free[i].addr) //与后面的内存合在一块了
                {
                                memman->free[i-1].size += man->free[i].size;
                    //这样合并就减少一条可用内存信息
                    man->frees --;
                    for(;i<man->frees;i++)
                    {
                        man->free[i] = man->free[i+1];   //结构体迭代
                    }
                }
            }

            return 0;      //释放成功
        }
    }

    if(i<man->frees)   //上面条件不成立，不能与前面的可用内存块信息合在一起
    {
        if(addr+size == man->free[i].addr)     //可以与后面的内存块信息合在一起
        {
            man->free[i].addr = addr;          //调整后面的可用内存块信息即可
            man->free[i].size += size;

            return 0;                                 //释放成功
        }
    }

    /*既不能合前面的归在一起，也不能和后面的归在一起*/
    if(man->frees < MEMMAN_FREES)    //只能增加一条可用信息
    {
             for(j=man->frees;j>i;j--)
             {
                    man->free[j] = man->free[j-1];
        }
        man->frees ++;
        if(man->maxfrees < man->frees)
          {
               man->maxfrees = man->frees;     //更新最大值
        }
        man->free[i].addr = addr;
        man->free[i].size = size;

        return 0;    //释放成功
    }

    /*不能往后移动*/
    man->losts ++;
    man->lostsize += size;

    return -1;
}

以上代码如何使用：

1、先初始化结构体

struct MEMMAN *memman = (struct MEMMAN *)malloc(struct MEMMAN);

2、调用memman_init初始化数据结构体

memman_init(memman);

3、先释放整个可用内存（如64K RAM,后30K设为可被动态申请内存）

memman_free(memman,&34K,30K);

4、在需要申请内存的地方进行内存申请

char *buf = (char *)memman_alloc(memman,1000);              //申请1000个字节空间

5、在任何合适地方都可获取可用内存的总大小

unsigned int memtotal = memman_total(memman);

以上所有源代码即完成了一个功能，自定义了类malloc和free的函数，完成对内存空间的管理工作。